带空气狭缝倒置结构的脊型硫系光波导后向受激布里渊散射研究

受激布里渊散射效应具有光谱线宽窄、频率稳定和增益方向敏感等优点,常用于激光器,慢光产生和微波光子滤波器等.本文基于As_(2)S_(3)硫系玻璃、以SiO_(2)为衬底设计了一种亚微米尺寸的带空气狭缝倒置结构脊型波导结构,具有高达8.22×10^(4)W^(–1)·m^(–1)的后向受激布里渊散射增益系数.研究显示在该结构的同种光学和声学模式下,更小的声光场有效模场面积具有更高的后向受激布里渊散射增益系数.还分析了硫系玻璃的光学损耗对后向受激布里渊散射的影响,发现当波导长度超过最优值后,斯托克斯光波功率开始下降,而增大泵浦光功率不仅可以提高斯托克斯光波功率的极大值,同时还会增大波导长度的最优值.当所输入的泵浦光功率为20 mW时,受激布里渊散射增益达到100 d B波导长度仅需要2 cm,这非常有利于光子器件的片上集成.

宽波段、大模场双包层光子晶体光纤结构设计及性能分析

设计了一种独特的双包层光子晶体光纤结构,由外包层的2层圆形空气孔及内包层的2层正八边形空气孔构成,芯材料为稀土掺杂铋的多组分玻璃。采用有限元法结合散射边界条件分析了该结构光子晶体光纤的模场面积、限制损耗、有效折射率、时均功率等特性。结果表明:在波长为1310 nm、1550 nm、1600 nm时对应的模场面积、限制损耗分别为726.5μm^(2)、1.24×10^(-8)dB.km^(-1);731.26μm^(2)、1.32×10^(-8)dB.km^(-1);732.28μm^(2)、1.72×10^(-8)dB.km^(-1)。其中在工作波长1550 nm的时均功率z分量最高可达313 W·m^(-2),可以为高功率激光器的增益介质作参考,为宽波段可调谐激光器提供新的选择。

弯曲多沟槽辅助六芯光纤的传输特性研究

设计了一种弯曲多沟槽辅助六芯光纤结构,多芯光纤中的每个纤芯由三层相同的低折射率沟槽包围,纤芯与每层沟槽之间存在一层包层。运用了光纤的耦合模式理论分析弯曲六芯光纤间的串扰与模场面积两个传输特性。结果显示,弯曲半径和沟槽分别对光纤的串扰和模场面积都有很大影响,添加沟槽后,纤芯之间的串扰明显下降,在不同弯曲半径下,纤芯间串扰的变化约有10 dB。同时不同层数沟槽下的模场面积变化约有150μm^(2)。

节水灌溉下秸秆还田形式对黑土区稻田N_(2)O排放与产量的影响

为探寻不同灌溉模式下秸秆还田形式对黑土区稻田N_(2)O排放与产量的影响,于2023年进行大田试验,设置常规灌溉(F)与控制灌溉(C)两种灌溉模式,同时设置秸秆还田(S)、秸秆炭化为生物炭还田(B)、秸秆过牛腹为有机肥还田(O)3种还田形式,以及秸秆不还田(N)作为对照组,共计8个处理。分析不同灌溉模式下秸秆还田形式对稻田N_(2)O排放通量与水稻产量的影响,测定了水稻各生育期稻田土壤铵态氮含量、硝态氮含量、微生物氮含量、pH值,并分析了N_(2)O排放总量和水稻产量与土壤环境因子之间的关系。结果表明:除返青期外,与秸秆不还田处理相比,秸秆还田与有机肥还田处理土壤铵态氮含量、硝态氮含量、微生物氮含量均表现为增加。相同秸秆还田形式下,控制灌溉模式下各处理生育期内土壤平均铵态氮含量、硝态氮含量较常规灌溉模式高36.23%~60.82%、14.16%~19.61%。同时,秸秆还田与生物炭还田能提高稻田土壤pH值。相同灌溉模式下,与秸秆不还田处理相比较,秸秆还田与有机肥还田处理N_(2)O排放总量分别增加14.44%~24.09%、8.22%~14.44%,生物炭还田处理N_(2)O排放总量降低14.31%~23.90%。生物炭还田与有机肥还田各处理水稻产量提高3.28%~13.07%,其中控制灌溉模式下生物炭还田处理产量最高。综上所述,控制灌溉下生物炭还田可以实现节水、增产、减排的目的。

广西五圩矿田多金属矿成矿模式及找矿预测

广西五圩矿田具有优越的成矿地质背景和成矿地质条件,是寻找铅、锌、锑等多金属矿的理想区域。为深入查明区内多金属矿产资源分布及其成矿模式,本文以广西五圩矿田为研究对象。基于研究区矿床地质特征,对研究区重力、磁测、可控源音频大地电磁测深以及地球化学测量等资料进行精细反演与分析,研究含矿地质体与物探异常的对应关系,获取矿区深部和外围物探异常信息,并进一步研究了其深部成矿模式,初步确定矿床成因类型为中低温热液充填脉型。在此基础上,系统地总结了研究区矿床的找矿标志,构建了矿田多金属矿多数据源综合信息找矿模型,圈定了7处矿化潜力较大的找矿靶区。研究结果以期为五圩矿田多金属矿床及外围同类型矿床找矿勘查和评价工作提供重要参考。

不同断层倾角下煤系断层应力场演化规律研究

为深入了解煤系断层构造带应力场演化特征,以重庆石壕煤矿为例,通过物理相似模拟研究不同倾角断层在水平应力作用下破坏形态及内部的应力变化规律,同时结合数值模拟软件PFC分析不同断层倾角下应力增高区范围与断层破坏的影响。结果表明:断层倾角较小时发生滑动破坏,随着倾角的增大,断层两端应力无法通过滑动卸载,破坏形式逐渐变为剪切破坏;加载时断层下盘区域产生应力集中,断层倾角增大使得应力增高区因不同的破坏形式从下盘煤层区域向下盘顶、底板区域转移;通过PFC数值模拟,可以有效观测到模型内部裂缝,并对试件内部微裂缝进行考察研究与物理试验有着较好的一致性;通过力链分析发现,断层倾角变化会诱使应力增高区从煤层过渡到力学性能较强的顶、底板。

大模场抗弯曲全固态光纤的结构设计

提出了一种具有对称结构的大模场面积和低弯曲损耗的新型结构光纤,运用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件分析了光纤特性。该光纤由纤芯中的梯形折射率环和包层中的多层下陷层组成,仿真结果显示该光纤具有低弯曲损耗大模场单模传输的特性。对比分析了梯形谐振环、矩形谐振环、三角形谐振环结构光纤的弯曲损耗以及电场模式分布,实验结果显示梯形折射率环更具优越性。多层下陷层结构将模场限制在纤芯中,下陷层的数量大于2时模场面积基本上保持不变。研究结果表明,在波长为1550 nm、弯曲半径为20 cm时,基模(FM)弯曲损耗只有0.056868 dB/m,而高阶模(HOMs)损耗为3.58 dB/m,有效模场面积可达2313.67μm^(2)。该光纤对弯曲方向不敏感,在高功率光纤激光器放大器等光通信器件领域具有广阔的发展前景。

基于二维经验模态分解的河北省及邻区流动重力场时空动态变化分析

搜集河北省及邻区2010—2019年20期的流动重力观测数据和绝对重力观测数据,利用二维经验模态分解方法获取河北省及邻区范围内(110°E~120°E,36°N~42°N)不同尺度、不同场源深度下的分解结果,并结合该时间段内M≥4.0震例进行回溯性检验。结果表明,当半年时间尺度与一年时间尺度下的1阶、2阶固有模态函数结果出现正-负重力高值差异或四象限异常变化时,在异常变化中心200km范围内存在2年内发生M 4.0以上中强地震的可能。该结论可为河北省及邻区后续震情分析和研判提供参考。

抗弯曲大模场面积少模光子晶体光纤

为更好地解决少模光纤在传输中由于模式耦合过强而导致的信号串扰问题,对弱耦合光子晶体光纤中的线偏振(LP)模式以及矢量模的传输特性进行了研究,设计了一种可传输20种矢量模的双包层光子晶体光纤。通过有限元法模拟光纤参数对相邻LP模式间最小有效折射率差的影响,优化结构参数,使光纤支持稳定传输6种LP模式并满足弱耦合要求。最后分析了不同模式的有效模场面积、弯曲损耗。结果表明:各模式之间的最小有效折射率差达到1.12×10^(-4),表明模式间的串扰可忽略。基模有效模场面积达到了1040μm^(2),且其相应的非线性系数低至1.07×10^(-10)。此外,在弯曲半径为38 mm时,各模式弯曲损耗最大仅为5.65×10^(-8)dB/km。与主流的单模光纤及少模单包层相比,该结构具有大模场面积,低模间串扰及更强的抗弯曲能力,丰富了空分复用技术的开发思路。在大数据、虚拟现实、网络传输容量等新兴业务以及光纤传感方面提供了有益的参考方案。

掺Yb^(3+)光子晶体光纤激光器的研究进展

主要介绍了掺杂光子晶体光纤激光器的国内外研究进展,单根掺Yb3+光子晶体光纤的连续输出功率已达到2.5kW,峰值功率高达4.5MW,模场面积高达2300μm2。探讨了掺Yb3+光子晶体光纤激光器目前存在的技术与理论问题。

大模面积双包层光纤激光器性能的实验研究

基于大模面积双包层Er3+/Yb3+共掺光纤,采用P-F腔结构,详细研究了工作温度、光纤弯曲对泵浦吸收和激光输出性能的影响。结果表明:随着泵浦功率的增大,输出光谱的模式逐渐增多;泵浦源的工作温度决定其输出光谱特性,进而影响光纤激光器的输出效果;光纤不同激光模式对应不同光纤弯曲损耗,当弯曲半径减小到一定程度时,多模输出变成单模输出,由此提高输出光束质量。

基于四孔复合结构的PCF的特性研究

设计了一种结构简单的高非线性低限制损耗PCF(光子晶体光纤),其空气孔直径d=0.2μm,孔间距Λ=1.8μm。数值计算结果表明,通过在包层区域引入独特的四孔单元结构,在波长1.55μm处,非线性系数可达83.3W-1km-1,限制损耗低于10-9 dB/m,有效模场面积仅为1.46μm2,该PCF的高非线性效应与低限制损耗特性可以应用于超连续谱产生、非线性光学和光通信系统等领域。

非对称非线性定向耦合器开关特性研究

利用拉格朗日变分法原理,分析了非对称非线性定向耦合器的开关特性。研究表明:增大第一纤芯的相速度能够降低开关的阈值功率,但开关的陡峭性变差,且当相位失配量增大到一定程度,输入低功率脉冲时,光脉冲的部分能量将一直保持在直通纤芯臂内不能耦合到第二纤芯。增大第一纤芯的有效模场面积将导致开关的阈值增大。同时,当两纤芯都为反常色散光纤时,色散特性差异增大可以在保持开关陡峭性基本不变的情况下减小开关的阈值功率,但当第一纤芯为反常色散光纤,第二纤芯为正常色散光纤时,开关的阈值将比对称情况下开关的阈值功率高。

不同种植模式对水稻生长特性的影响

针对四川省传统的稻田种植模式存在的问题,研究探讨了水稻-秋菜-春马铃薯、水稻-秋马铃薯/油菜和水稻-秋菜-小麦3种稻田生态重建的种植模式。结果表明:与传统的稻油、稻麦种植模式相比,3种植模式下水稻个体长势好,群体发育的结构合理,分蘖较多、穗大、着粒数亦高,千粒重、产量、作物水分生产效率及叶片光合速率均有所提高。千粒重分别比对照高出0.73、0.30和1.51G;水稻产量分别比比对照高出:158.7、99.2和109.0KG/HM2。作物水分生产效率分别提高10.99%、5.60%和12.73%;在水稻生长后期,3种新型的种植模式表现出较强的水肥耦合效应。

5层空气孔单实芯纯石英光子晶体光纤仿真

为研究5层空气孔单实芯纯石英PCF特性,建立了截面空气孔为5层正六边形结构的光子晶体光纤模型,分析基模与包层模的模场分布,利用5层空气孔单实芯纯石英PCF进行仿真研究,并对有效折射率、有效模场面积、非线性特性、色散特性进行了仿真与分析。研究表明,5层空气孔结构的PCF,可以减小有效模场面积和增大非线性系数;在1500~1600nm的波长范围内,随着波长增加,模场变大,相对于二阶模,基模的有效折射率更加稳定;单实芯纯石英PCF的基模与二阶模的波导色散系数也会随着波长的增加有微小的增加,但整体来看色散较为平坦,不会造成波形的明显变化,有利于信号的传输;而在同一波长下,基模的色散系数小于二阶模的色散系数,这主要是由于基模具有更加稳定的有效折射率,对光波在纤芯的束缚力较强。根据对5层空气孔单实芯纯石英PCF的仿真特性研究,为进一步进行光子晶体光纤实验研究提供了一定参考。

双大孔高双折射光子晶体光纤仿真

为研究双大孔高双折射光子晶体光纤(high birefringence photonic crystal fiber,HiBi-PCF)特性,建立了光纤端面具有7层正六边形空气孔,最里层空气孔由2个对称排列的大尺寸孔组成的光子晶体光纤模型,利用COMSOL软件对有效折射率、有效模场面积、非线性特性、色散特性进行了仿真与分析。研究结果表明,HiBi-PCF双折射的产生主要由最内层2个大空气孔的不对称性引起,产生的双折射值较大,达到了10^(-3)量级;双大孔HiBi-PCF的双折射随着波长的增加而增大;随着波长的增加,该双大孔HiBi-PCF有效模场面积也随之增加;在1500 nm至1600 nm的波长范围内,双大孔HiBi-PCF偏振基模的波导色散系数随着波长的增加而线性增加。通过模型仿真双大孔HiBi-PCF分析了其特性,为利用该光子晶体光纤进行实验研究提供了一定理论基础。

单模光纤模场半径快速测量仪的设计及制作

用FPGA可编程控制器来控制步进电机带动放置在光纤端面远场区域的一个透光圆孔屏障沿光轴线移动,从而调节PIN光电管接收到的光信号强度.用锁相放大器来提高光电信号的信噪比,信号被快速采样后输入FPGA控制器,经过数据处理后显示所测单模光纤的模场半径.测量仪具备较好的测量精度和重复精度.

基于AD9979的多工作模式时序设计

为实现多应用环境下的高速摄像,提出一种面阵行间转移电荷耦合器件(CCD)多工作模式的设计方法。根据面阵CCD芯片KAI-0340D的工作原理,结合其内部结构特点和双通道数据传输方式,分析传感器的时序关系。改变不同区域的三电平和倾泻栅信号,由此实现4种分辨率成像。将各种工作模式分解为不同的场模式并存储在AD9979内部,通过改变场模式组合,实现在多种工作模式下运行。实验结果表明,该方法设计的时序可在4种分辨率下稳定工作,基本满足多种高速摄像的应用要求。

四湖流域下垫面改变对排涝模数的影响

选取湖北省四湖流域螺山排区作为研究对象,利用经验公式法计算排涝模数,并分析水面率、水旱比、城市化和灌溉方式及其变化对排涝模数的影响。结果表明:排涝模数随着水旱比和水面率的增加而减小,而随着地面硬化率的增加而增大;水面率对排涝模数的影响大于水旱比和地面硬化率的影响;同水稻的传统灌溉相比,间歇灌溉下的排涝模数较小。由于下垫面条件的改变,在10年一遇3日暴雨的排涝标准下,该地区排涝模数由1994年的0.38m3/(s·km2)上升到2011年的0.46m3/(s·km2),大约相当于1994年下垫面条件下的19年一遇3日暴雨的排涝标准。

河套灌区套种模式下田间灌水有效性评价

针对河套灌区典型的套种模式以及地下水位较浅的情况,基于SPAC系统应用土壤水动力学理论定量分析了作物生育期内大气水、灌溉水、作物水、土壤水和地下水的相互转化关系。应用FAO推荐的Penman-Monteith法及双作物系数法,对小麦套种玉米、小麦套种向日葵模式的实际腾发量进行了计算。从动态观点出发,在时间尺度上考虑深层渗漏量和根系层储水量对作物的有效性,对灌区田间灌溉水的有效性进行了评价。结果表明:小麦套种玉米的实际腾发量为635.8 mm,小麦套种向日葵的实际腾发量为428.2 mm;小麦套种玉米灌溉水利用率为91.9%,小麦套种向日葵的灌水利用效率为88.4%。